ตัวแปลงความถี่สำหรับมอเตอร์ไฟฟ้า

ด้านเทคนิคของการใช้ตัวแปลงความถี่

ปัจจุบัน มอเตอร์เหนี่ยวนำได้กลายเป็นอุปกรณ์หลักในไดรฟ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ ตัวแปลงความถี่ใช้สำหรับการควบคุมมากขึ้น - อินเวอร์เตอร์ที่มีการควบคุม PWM การควบคุมดังกล่าวให้ประโยชน์มากมาย แต่ยังสร้างปัญหาเมื่อเลือกโซลูชันทางเทคนิคบางอย่าง ลองทำความเข้าใจในรายละเอียดเพิ่มเติม

อุปกรณ์แปลงความถี่

การพัฒนาและการผลิตโมดูล IGBT ทรานซิสเตอร์แรงดันสูงอันทรงพลังที่หลากหลายทำให้สามารถใช้สวิตช์ไฟแบบหลายเฟสที่ควบคุมโดยตรงด้วยสัญญาณดิจิตอล สิ่งอำนวยความสะดวกในการคำนวณที่ตั้งโปรแกรมได้ทำให้สามารถสร้างลำดับตัวเลขที่อินพุตสวิตช์ที่ให้สัญญาณได้ การควบคุมความถี่ของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส… การพัฒนาและการผลิตจำนวนมากของไมโครคอนโทรลเลอร์ชิปตัวเดียวที่มีทรัพยากรการประมวลผลขนาดใหญ่ทำให้การเปลี่ยนไปใช้ไดรฟ์เซอร์โวด้วยตัวควบคุมดิจิทัลเป็นไปได้

ตามกฎแล้วตัวแปลงความถี่ไฟฟ้าจะดำเนินการตามรูปแบบที่มีวงจรเรียงกระแสตามไดโอดทรงพลังหรือทรานซิสเตอร์พลังงานและอินเวอร์เตอร์ (สวิตช์ควบคุม) ตามทรานซิสเตอร์ IGBT ที่ปัดเศษโดยไดโอด (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. วงจรแปลงความถี่

ขั้นตอนการป้อนข้อมูลแก้ไขแรงดันไฟฟ้าของกริดไซน์ที่ให้มา ซึ่งหลังจากปรับให้เรียบด้วยตัวกรองแบบอุปนัย-คาปาซิทีฟแล้ว จะทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานสำหรับอินเวอร์เตอร์ควบคุม ซึ่งสร้างสัญญาณด้วย การปรับชีพจรซึ่งสร้างกระแสไซน์ในขดลวดสเตเตอร์ด้วยพารามิเตอร์ที่ให้โหมดการทำงานที่จำเป็นของมอเตอร์ไฟฟ้า

การควบคุมแบบดิจิตอลของตัวแปลงพลังงานนั้นดำเนินการโดยใช้ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ไมโครโปรเซสเซอร์ที่สอดคล้องกับงานที่ทำอยู่ หน่วยประมวลผลสร้างสัญญาณควบคุมสำหรับ 52 โมดูลตามเวลาจริง และยังประมวลผลสัญญาณจากระบบการวัดที่ควบคุมการทำงานของไดรฟ์

พาวเวอร์ซัพพลายและคอมพิวเตอร์ควบคุมถูกรวมไว้ในผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมที่ออกแบบโครงสร้างซึ่งเรียกว่าตัวแปลงความถี่

มีตัวแปลงความถี่หลักสองประเภทที่ใช้ในอุปกรณ์อุตสาหกรรม:

• ตัวแปลงกรรมสิทธิ์สำหรับอุปกรณ์เฉพาะประเภท

• ตัวแปลงความถี่สากลได้รับการออกแบบมาสำหรับการควบคุมการทำงาน AM แบบมัลติฟังก์ชั่นในโหมดที่ผู้ใช้กำหนด

การตั้งค่าและการจัดการโหมดการทำงานของตัวแปลงความถี่สามารถทำได้โดยใช้แผงควบคุมที่มีหน้าจอเพื่อแสดงข้อมูลที่ป้อนสำหรับการควบคุมความถี่สเกลาร์อย่างง่าย คุณสามารถใช้ชุดฟังก์ชันลอจิกอย่างง่ายที่มีอยู่ในการตั้งค่าจากโรงงานของคอนโทรลเลอร์และคอนโทรลเลอร์ PID ในตัว

หากต้องการใช้โหมดการควบคุมที่ซับซ้อนมากขึ้นโดยใช้สัญญาณเซ็นเซอร์ป้อนกลับ จำเป็นต้องพัฒนาโครงสร้าง ACS และอัลกอริทึมที่จะตั้งโปรแกรมโดยใช้คอมพิวเตอร์ภายนอกที่เชื่อมต่ออยู่

ผู้ผลิตส่วนใหญ่ผลิตตัวแปลงความถี่ช่วงต่างๆ ที่แตกต่างกันในลักษณะไฟฟ้าอินพุตและเอาต์พุต กำลังไฟฟ้า การออกแบบ และพารามิเตอร์อื่นๆ สามารถใช้ส่วนประกอบภายนอกเพิ่มเติมเพื่อเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ภายนอก (เมน, มอเตอร์): สตาร์ตเตอร์แบบแม่เหล็ก, หม้อแปลง, โช้ค

ประเภทของสัญญาณควบคุม

จำเป็นต้องแยกความแตกต่างระหว่างสัญญาณประเภทต่างๆ และใช้สายเคเบิลแยกต่างหากสำหรับแต่ละประเภท สัญญาณประเภทต่าง ๆ สามารถมีอิทธิพลซึ่งกันและกัน ในทางปฏิบัติ การแยกนี้เป็นเรื่องปกติ เช่น สายเคเบิลจาก เซ็นเซอร์วัดความดัน สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับตัวแปลงความถี่

ในรูป 2 แสดงวิธีที่แนะนำในการเชื่อมต่อตัวแปลงความถี่เมื่อมีวงจรและสัญญาณควบคุมต่างๆ

ข้าว. 2. ตัวอย่างการเชื่อมต่อวงจรกำลังและวงจรควบคุมของตัวแปลงความถี่

สามารถจำแนกประเภทของสัญญาณต่อไปนี้ได้:

• อะนาล็อก - สัญญาณแรงดันหรือกระแส (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA) ค่าที่เปลี่ยนแปลงช้าหรือแทบไม่เกิดขึ้น โดยปกติจะเป็นสัญญาณควบคุมหรือการวัด

• สัญญาณแรงดันหรือกระแสแบบไม่ต่อเนื่อง (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA) ซึ่งสามารถรับค่าที่ไม่ค่อยเปลี่ยนแปลงเพียงสองค่า (สูงหรือต่ำ)

• ดิจิตอล (ข้อมูล) — สัญญาณแรงดันไฟฟ้า (0 … 5 V, 0 … 10 V) ที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและมีความถี่สูง โดยปกติจะเป็นสัญญาณจากพอร์ต RS232, RS485 เป็นต้น

• รีเลย์ — หน้าสัมผัสรีเลย์ (0 … 220 V AC) อาจรวมถึงกระแสเหนี่ยวนำ ขึ้นอยู่กับโหลดที่เชื่อมต่อ (รีเลย์ภายนอก หลอดไฟ วาล์ว เบรก ฯลฯ)

การเลือกกำลังไฟฟ้าของตัวแปลงความถี่

เมื่อเลือกกำลังของตัวแปลงความถี่ จำเป็นต้องพึ่งพากำลังของมอเตอร์ไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังต้องพึ่งพากระแสและแรงดันเล็กน้อยของตัวแปลงและมอเตอร์ด้วย ความจริงก็คือว่ากำลังที่ระบุของตัวแปลงความถี่หมายถึงการทำงานของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส 4 ขั้วมาตรฐานในการใช้งานมาตรฐานเท่านั้น

อุปกรณ์จริงมีหลายด้านที่อาจทำให้โหลดปัจจุบันบนอุปกรณ์เพิ่มขึ้น เช่น ระหว่างการเริ่มต้น โดยหลักการแล้ว การใช้ตัวแปลงความถี่ช่วยให้คุณลดกระแสและโหลดเชิงกลเนื่องจากการสตาร์ทแบบนุ่มนวล ตัวอย่างเช่น กระแสเริ่มต้นจะลดลงจาก 600% เป็น 100-150% ของกระแสที่กำหนด

ขับรถด้วยความเร็วที่ลดลง

ควรจำไว้ว่าแม้ว่าตัวแปลงความถี่จะให้การควบคุมความเร็ว 10: 1 ได้อย่างง่ายดายเมื่อมอเตอร์ทำงานที่ความเร็วต่ำ แต่กำลังของพัดลมอาจไม่เพียงพอ ตรวจสอบอุณหภูมิของเครื่องยนต์และจัดให้มีการระบายอากาศแบบบังคับ

ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า

เนื่องจากตัวแปลงความถี่เป็นแหล่งฮาร์มอนิกความถี่สูงที่ทรงพลัง จึงควรใช้สายเคเบิลหุ้มฉนวนที่มีความยาวขั้นต่ำในการเชื่อมต่อมอเตอร์ ต้องวางสายเคเบิลดังกล่าวในระยะห่างอย่างน้อย 100 มม. จากสายเคเบิลอื่นสิ่งนี้ช่วยลดการตรวจสอบข้าม หากต้องข้ามสายเคเบิล ให้ข้ามที่มุม 90 องศา

มันขับเคลื่อนโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าฉุกเฉิน

การสตาร์ทแบบนุ่มนวลที่จัดเตรียมโดยตัวแปลงความถี่ช่วยลดพลังงานที่ต้องการของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เนื่องจากเมื่อเริ่มต้นดังกล่าวกระแสจะลดลง 4-6 เท่าดังนั้นพลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงลดลงได้ในจำนวนที่ใกล้เคียงกัน แต่ยังคงต้องติดตั้งคอนแทคระหว่างเจนเนอเรเตอร์และตัวขับ ซึ่งควบคุมโดยเอาต์พุตรีเลย์ของตัวแปลงความถี่ ซึ่งจะช่วยป้องกันตัวแปลงความถี่จากแรงดันเกินที่เป็นอันตราย

จัดหาตัวแปลงสามเฟสจากเครือข่ายเฟสเดียว

ตัวแปลงความถี่สามเฟสสามารถจ่ายไฟจากเครือข่ายเฟสเดียวได้ แต่กระแสเอาต์พุตต้องไม่เกิน 50% ของค่าพิกัด

ประหยัดพลังงานและเงิน

การออมมาจากหลายสาเหตุ ประการแรก เนื่องจากการเจริญเติบโต โคไซน์พี เป็นค่า 0.98 เช่น พลังงานสูงสุดถูกใช้เพื่อทำงานที่เป็นประโยชน์ ส่วนพลังงานขั้นต่ำจะสูญเปล่า ประการที่สอง จะได้ค่าสัมประสิทธิ์ใกล้เคียงกับค่านี้ในทุกโหมดการทำงานของเครื่องยนต์

หากไม่มีตัวแปลงความถี่ มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสที่โหลดต่ำจะมีค่าโคไซน์พีอยู่ที่ 0.3-0.4 ประการที่สาม ไม่จำเป็นต้องปรับแต่งเชิงกลเพิ่มเติม (แดมเปอร์ ลิ้นปีกผีเสื้อ วาล์ว เบรก ฯลฯ) ทุกอย่างดำเนินการด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยอุปกรณ์ควบคุมดังกล่าว ประหยัดได้ถึง 50%

ซิงค์อุปกรณ์หลายเครื่อง

เนื่องจากอินพุตเพิ่มเติมเพื่อควบคุมตัวแปลงความถี่ จึงเป็นไปได้ที่จะซิงโครไนซ์กระบวนการลำเลียงหรือตั้งค่าอัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงในบางค่า ขึ้นอยู่กับค่าอื่นๆตัวอย่างเช่น เพื่อให้ความเร็วแกนหมุนของเครื่องขึ้นอยู่กับอัตราการป้อนของเครื่องตัด กระบวนการจะได้รับการปรับให้เหมาะสม เนื่องจากเมื่อโหลดของหัวกัดเพิ่มขึ้น อัตราป้อนงานจะลดลงและในทางกลับกัน

การป้องกันเครือข่ายจากฮาร์มอนิกที่สูงขึ้น

สำหรับการป้องกันเพิ่มเติม นอกเหนือไปจากสายเคเบิลหุ้มฉนวนแบบสั้นแล้ว โช้กสายและตัวเก็บประจุแบบบายพาสยังใช้ คันเร่งนอกจากนี้ยังจำกัดกระแสไหลเข้าเมื่อเปิดเครื่อง

การเลือกชั้นการป้องกันที่เหมาะสม

การกระจายความร้อนที่เชื่อถือได้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานที่ราบรื่นของตัวแปลงความถี่ หากใช้คลาสการป้องกันสูง เช่น IP 54 และสูงกว่า การกระจายความร้อนดังกล่าวจะทำได้ยากหรือมีราคาแพง ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะใช้ตู้แยกที่มีระดับการป้องกันสูงซึ่งสามารถติดตั้งโมดูลของชั้นล่างได้และสามารถทำการระบายอากาศและระบายความร้อนทั่วไปได้

การเชื่อมต่อแบบขนานของมอเตอร์ไฟฟ้ากับตัวแปลงความถี่หนึ่งตัว

เพื่อลดต้นทุน สามารถใช้ตัวแปลงความถี่หนึ่งตัวเพื่อควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าหลายตัว ควรเลือกกำลังโดยมีอัตรากำไร 10-15% ของกำลังรวมของมอเตอร์ไฟฟ้าทั้งหมด ในการทำเช่นนั้น จำเป็นต้องลดความยาวของสายเคเบิลมอเตอร์ให้น้อยที่สุด และขอแนะนำให้ติดตั้งโช้กมอเตอร์

ตัวแปลงความถี่ส่วนใหญ่ไม่อนุญาตให้ปิดมอเตอร์หรือเชื่อมต่อผ่านคอนแทคเตอร์ในขณะที่ตัวแปลงความถี่กำลังทำงาน สิ่งนี้ทำได้ผ่านคำสั่งหยุดบนอุปกรณ์เท่านั้น

ควบคุมการตั้งค่าฟังก์ชั่น

เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดของไดรฟ์ไฟฟ้า เช่น: ตัวประกอบกำลัง, ประสิทธิภาพ, ความจุเกินพิกัด, ความเรียบของการควบคุม, ความทนทาน จำเป็นต้องเลือกอัตราส่วนระหว่างการเปลี่ยนแปลงความถี่ในการทำงานและแรงดันขาออกของความถี่อย่างถูกต้อง ตัวแปลง

ฟังก์ชันการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าขึ้นอยู่กับลักษณะแรงบิดของโหลด ที่แรงบิดคงที่ ต้องควบคุมแรงดันสเตเตอร์ของมอเตอร์ตามสัดส่วนของความถี่ (การควบคุมสเกลาร์ U / F = const) ตัวอย่างเช่น สำหรับพัดลม อัตราส่วนอื่นคือ U / F * F = const หากเราเพิ่มความถี่ 2 เท่า แรงดันไฟฟ้าควรเพิ่มขึ้น 4 (การควบคุมเวกเตอร์) มีอุปกรณ์ที่มีฟังก์ชั่นการควบคุมที่ซับซ้อนกว่า

ข้อดีของการใช้ไดรฟ์แบบปรับความเร็วได้กับตัวแปลงความถี่

นอกเหนือจากการเพิ่มประสิทธิภาพและการประหยัดพลังงานแล้ว ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้ายังช่วยให้คุณได้รับคุณภาพการขับขี่ใหม่ๆ สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในการปฏิเสธอุปกรณ์เชิงกลเพิ่มเติมที่สร้างความสูญเสียและลดความน่าเชื่อถือของระบบ: เบรก โช้คอัพ คันเร่ง วาล์ว วาล์วควบคุม ฯลฯ ตัวอย่างเช่น การเบรกทำได้โดยการกลับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในสเตเตอร์ของมอเตอร์ โดยการเปลี่ยนเฉพาะความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันระหว่างความถี่และแรงดัน เราได้รับไดรฟ์ที่แตกต่างกันโดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงอะไรในกลไก

การอ่านเอกสาร

ควรสังเกตว่าแม้ว่าตัวแปลงความถี่จะคล้ายกันและมีความชำนาญแล้ว แต่ก็ง่ายต่อการจัดการกับตัวอื่น ๆ อย่างไรก็ตามจำเป็นต้องอ่านเอกสารอย่างละเอียด ผู้ผลิตบางรายกำหนดข้อจำกัดในการใช้ผลิตภัณฑ์ของตน และหากละเมิด ผู้ผลิตจะลบผลิตภัณฑ์ออกจากการรับประกัน

คุณอาจสนใจ: ไดรฟ์ไฟฟ้าแบบแปรผันเป็นวิธีการประหยัดพลังงาน